Chemisch rekenen 9/21/2014 dr. Brenda Casteleyn Met dank aan

45 Pages·2016·0.33 MB·Dutch

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts

Chemie: Chemisch rekenen

30 december 2021

Brenda Casteleyn, PhD

Met dank aan:
Atheneum van Veurne, Leen Goyens
(http://users.telenet.be/toelating)
Inhoudstafel

1. Inleiding...................................................................................................... 3
2. Belangrijkste begrippen .............................................................................. 4
2.1 Het getal van Avogadro en het begrip mol ............................................. 4
2.2 Dichtheid ............................................................................................... 4
2.3 Concentratie-uitdrukkingen: massaprocent, volumeprocent,
massa/volumeprocent, concentratie in g/L en mol/L, ppm, ppb en de
omzettingen ertussen; berekeningen over verdunning ................................... 5
2.4 Molair gasvolume .................................................................................. 7
2.5 Het in evenwicht brengen van een chemische reactievergelijking ......... 8
2.6 Berekeningen over massa- en stofhoeveelheid steunend op gegeven
reactievergelijkingen ..................................................................................... 10
3. Oefeningen uit vorige examens ................................................................ 11
4. Oplossingen oefeningen ........................................................................... 37
Bijlage 1. Toelatingsexamen Arts/TandartsInformatietabel voor de vragen
Chemie ............................................................................................................. 83
Bijlage 2: Toelatingsexamen Arts/Tandarts Periodiek systeem ........................ 84
Bibliografie ....................................................................................................... 85

Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 2
1. Inleiding

Deze cursus is opgebouwd vanuit het officiële leerstofoverzicht voor het
toelatingsexamen Arts Tandarts. Per onderwerp geef ik de materie
samengevat weer op basis van verschillende handboeken (zie bibliografie). Ik
vond het handig om telkens de examenvragen van vorige jaren bij de
bijbehorende leerstof te plaatsen. Zo kan je na elk item de bijbehorende
vragen inoefenen.
De antwoorden zijn telkens gebaseerd op antwoorden die ik uit diverse
bronnen op internet heb gevonden(zie bibliografie) Ik wil hierbij dan ook de
mensen die de antwoorden ter beschikking stelden bedanken. Vooral de site
van Leen Goyens was handig en het atheneum van Veurne heeft een prachtige
website met uitgewerkte antwoorden en extra oefeningen maar helaas is deze
niet meer online.
Mijn bijdrage is enkel het bij elkaar plaatsen van de vragen bij de bijbehorende
leerstof.

Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 3
2. Belangrijkste begrippen

2.1 Het getal van Avogadro en het begrip mol

Het concept mol werd ingevoerd om moeilijk hanteerbare getallen te
verwijderen. Eén mol is die hoeveelheid waarin het aantal samenstellende
deeltjes gelijk is aan het aantal atomen in juist 12 gram koolstof-12. Dat aantal
is 6,022 x 1023 en wordt het getal van Avogadro genoemd. De term mol wordt
niet alleen voor moleculen gebruikt, maar ook voor ionen, atomen, elektronen
en fotonen.
De molaire massa van een substantie is de massa van één mol van die
substantie. De molaire massa is een benoemd getal (gram per mol) en heeft
dezelfde numerieke waarde als de relatieve atoom- of molecuulmassa.

2.2 Dichtheid

Dichtheid is één van de meest bruikbare intensieve eigenschappen van een
stof. Scheikundigen gebruiken het om stoffen snel te herkennen. (bv. verschil
tussen kwarts en diamant)
Formule: d = m/v (dichtheid is verhouding tussen massa en volume)
Soms wordt dichtheid vermeld in g/cm3 of g/cc. Deze eenheden zijn hetzelfde
als g/ml. 1 ml = 1 cm3 = 1 cc

Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 4
2.3 Concentratie-uitdrukkingen: massaprocent, volumeprocent,
massa/volumeprocent, concentratie in g/L en mol/L, ppm,
ppb en de omzettingen ertussen; berekeningen over
verdunning

Concentratie van een stof: c = hoeveelheid opgeloste stof/hoeveelheid
oplossing. Concentratie kan worden uitgedrukt in molconcentratie of
massaconcentratie:
Molconcentratie = c = n(opgeloste stof)/V(oplossing) (eenheid: mol/L)
Massa-concentratie = c = m(opgeloste stof)/V(oplossing (eenheid: g/L)
De samenstelling van een mengsel kan procentueel worden uitgedrukt als
molprocent, massaprocent of volumeprocent.
Het molprocent van een stof geeft aan hoeveel mol er van die stof
aanwezig is op 100 mol van de samenstellende delen van het mengsel.
Het molprocent is honderd keer groter dan de molfractie van een stof.
Het massaprocent is de massa van een stof op 100 gram van het
mengsel.
Massaprocent = m% = m(opgeloste stof)/m(oplossing).100%
Uit het massaprocent van de opgeloste stof en de dichtheid van de
oplossing kan het aantal mol opgeloste stof worden berekend.
Vb. Berekening aantal mol zwavelzuur in een oplossing.
De dichtheid van een geconcentreerde zwavelzuuroplossing is 1,16
gram/ml. De oplossing bevat 77,6 massaprocent zwavelzuur. Hoeveel
mol zwavelzuur is er in 100 ml van de oplossing?
De massa van 100 mL oplossing is 116 gram. De massa zwavelzuur in dat
volume is 77,6% van 116 of 90, gram. De molaire massa van zwavelzuur
is 98,1 gram per mol. 90,0 gram zwavelzuur komt overeen met 0,92 mol
zwavelzuur.
Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 5
Het volumeprocent is het aantal mililiter van een stof op 100 mililiter
mengsel.
Volumeprocent = V% = V(opgeloste stof)/V(oplossing).100%
Heel kleine hoeveelheden stoffen in mengsels worden aangegeven in parts per
million (ppm). Het is de verhouding van de massa van die stof op de massa van
het mengsel, vermenigvuldigd met 106, of het massaprocent vermenigvuldigd
met 104.
Ppm = m(opgeloste stof)/m(oplossing).106ppm
of ppm = V(opgeloste stof)/V(oplossing).106pm
Nog kleinere hoeveelheden worden aangeven in parts per billion (ppb). Het is
de verhouding van de massa van een stof op de massa van het mengsel,
vermenigvuldigd met 109.
Ppb = m(opgeloste stof)/m(oplossing).109ppb
of ppb = V(opgeloste stof)/V(oplossing).109pm
De massaconcentratie geeft het aantal gram opgeloste stof per liter oplossing.
De meest gebruikte concentratiegrootheid is de molaire concentratie of
molariteit (M). M geeft het aantal mol van een opgeloste stof per liter
oplossing. Nog een andere concentratiegrootheid is de normaliteit (N).
Bij het verdunnen van oplossingen veranderen de concentraties van de
opgeloste stoffen. Onder verdunnen wordt verstaan dat de oplossing wordt
aangelengd met solvent. Het verband tussen de molariteiten van een
oplossing voor en na het verdunnen wordt gegeven door:
M x V = M x V (dit product verandert dus niet bij verdunning)
voor voor na na
Ook bij mengen van twee oplossingen veranderen concentraties van opgeloste
stoffen. Het verband tussen concentraties en volumes voor en na mengen
wordt gegeven door dezelfde vergelijking.
Bij het verdelen van een oplossing in verschillende delen veranderen de
concentraties van de opgeloste stoffen niet. De hoeveelheid opgeloste stof in
Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 6
een deel kan als volgt worden berekend uit het volume van het deel en het
volume voor de verdeling:
Aantal mol = aantal mol x V /V
deel geheel deel geheel
Rendement:
Opbrengst of (reactie)rendement: de feitelijke verkregen hoeveelheid van een
stof gedeeld door de maximale mogelijke hoeveelheid * 100 (uitgedrukt in
procent):
𝐴𝑐𝑡𝑢𝑒𝑙𝑒 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡
Rendement = .100
𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑜𝑝𝑏𝑟𝑒𝑛𝑔𝑠𝑡

2.4 Molair gasvolume

Kan worden berekend door gebruik te maken van ideale gaswet (= wiskundige
relatie tussen de druk van een gas (p) , het volume (V), het aantal mol gas (n)
en de temperatuur (T):
pV = nRT
Eenheden: volume: liter; temperatuur: Kelvin. De waarde van de constante R,
de gasconstante hangt af van de eenheid gebruikt voor druk. Als de druk in
kiloPascal (kPa) wordt gegeven , is R = 8,3 J K-1mol-1 Als de druk in atmosfeer
wordt uitgedrukt is R = 0,082 Latm.K-1mol-1.
Het molair volume van een gas is het volume dat door één mol van het gas
wordt ingenomen bij een bepaalde temperatuur en druk. Het volume van een
gas is onafhankelijk van het soort gas. Het gevolg daarvan is dat het
volumeprocent van een gas in een gasmengsel gelijk is aan het molprocent van
dat gas. Bij een temperatuur van 273 K (0°C) en een druk van 1,0 atmosfeer (=
‘onder standaardvoorwaarden’) heeft één mol gas een volume gelijk aan 22,4
liter:
V = 1,0 x 0.082 x 273/ 1,0 = 22,4 l
In een mengel met gas A en gas B, die niet met elkaar reageren, gedraagt elk
gas zich als een zuiver gas:
Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 7
Gas A heeft partiële druk P waarvoor geldt: p .V = n .R.T en
A A A
Gas B heeft partiële druk: P waarvoor geldt: P .V = n .R.T
B B B
Voor een mengsel van twee gassen geldt de wet van Dalton: P = P + P en
T A B
totaal aantal mol: n = n + n
T A B
Voor de totale druk geldt P .V = n .R.T
T T

2.5 Het in evenwicht brengen van een chemische
reactievergelijking

Chemische reacties worden in reactievergelijkingen genoteerd. In linkerlid:
reagentia (beginproducten) en in rechterlid reactieproducten (eindproducten)
Reagentia  Reactieproducten
3 belangrijke wetten die verloop van chemische reactie bepalen:
 Wet van behoud van atomen (elementen): tijdens een chemische reactie
herschikken de atomen van de moleculen van de reagerende stoffen zich
tot andere moleculen, namelijk die van de reactieproducten
 Wet van behoud van massa (wet van Lavoisier): Bij een reactie in een
afgesloten ruimte blijft de totale massa vande betrokken stoffen
ongewijzigd.
 Wet van Proust: Wanneer twee of meer stoffen met elkaar reageren,
gebeurt dat steeds in een constante massaverhouding.
Soorten reacties:
 Indeling volgens reactiepatronen:
o Ontledingsreactie (analyse): één samengestelde stof wordt
ontleed in twee of meerdere enkelvoudige stoffen:
AB  A + B
Verder onderverdeeld in thermolyse (ontleding oiv warmte);
elektrolyse (ontleding oiv elektrische energie); fotolyse (ontleding
oiv licht)
Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 8
o Verbindingsreactie (synthese): uit één of meer enkelvoudige
stoffen één nieuwe samengestelde stof vormen: A + B = AB
o Uitwisselingsreactie (substitutie): atomen van een element
worden vervangen door atomen van een ander element: AB + C
AC + B
 Hierbij nog onderscheid mogelijk tussen enkelvoudige en
dubbele vervangingsreacties. Bij deze dubbele kan het gaan
om ‘neerslagreacties’ of ‘neutralisatiereacties’
o Verbrandingsreacties: verbinding gaat hier samen met de zuurstof
uit de lucht. Dit proces wordt verbranden genoemd
o Redoxreacties: reacties waarbij elektronen worden uitgewisseld.

 Indeling volgens uitwisseling van (warmte)energie
o Endotherme reactie: reactie waarbij warmte wordt opgenomen:
reagentia + warmte  reactieproducten
o Exotherme reactie: reactie waarbij warmte wordt afgegeven:
reagentia  reactieproducten + warmte
Hoe een vergelijking kloppend maken?
Het aantal atomen aan de linkerkant moet even groot zijn als het aantal aan de
rechterkant. Je kan dit enkel door de coëfficiënten aan te passen.
In de meeste gevallen is het een goed idee, gebaseerd op vele jaren ervaring,
om met het kloppend maken van waterstofatomen en zuurstofatomen tot het
laatst te wachten; maak de andere atomen eerst kloppend.
Voorbeeld: ?N + ?H  ?NH
2 2 3
Begin met stikstof: links zijn er 2, rechts maar 1, zet coëfficiënt 2 voor NH . Je
3
hebt nu voor waterstof rechts 6 atomen en links 2. Zet links een 3 voor H .
2
Controle: links 2 stikstof en 6 waterstof, links idem.
2N + 3H  2NH
2 2 3

Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 9
2.6 Berekeningen over massa- en stofhoeveelheid steunend op
gegeven reactievergelijkingen

Algemene oplossingsmethode bij stoichiometrische vraagstukken:
Stel dat je wil weten hoeveel diatomair waterstofgas er nodig is om volledig te
laten reageren met 75 gram stikstof. N + 3H  2NH
2 2 3
1) Alle gegevens herleiden tot hoeveelheid stof (mol): hoeveel mol is75
gram stikstof (N2)? 1 mol N is 14g of 1 mol N is 28g, dus 75g komt
2
overeen met 75/28 =2,67 mol N ).
2
2) Chemische reactievergelijking opstellen en interpreteren in mol: Uit
de reactievergelijking de hoeveelheid stof (aantal mol) van de
gevraagde stoffen afleiden: in een kloppende reactievergelijking
geven de coëfficiënten niet alleen de aantallen afzonderlijke atomen
of moleculen weer, maar ook het aantal molen:
N + 3H  2NH :
2 2 3
1 mol + 3 mol  2 mol
3) Gebruik de verhouding van het aantal mol waterstof tov het aantal
mol stikstof uit de kloppende reactievergelijking om het aantal mol
waterstof te berekenen: voor elke mol stikstof zijn er 3 mol waterstof.
We hebben 2,67mol stikstof, dus 2,67 X 3 mol waterstof = 8 mol
4) De hoeveelheid stof (aantal mol) van elke stof herleiden tot andere
grootheden (bv. massa, concentratie): bereken hoeveel gram 8 mol
waterstof is:  1 mol H is 2 gram  8 mol H is 16g
2

Brenda Casteleyn, PhD www.keu6.be Page 10